基于51单片机的太阳能手机充电器的设计

1简介

太阳能是为设备供电的有吸引力的能源. 一段时间以来，它已被广泛用于计算器和航天飞机等应用中. 最近，人们正在考虑将太阳能用于更广泛的消费电子应用，包括手机充电器. 太阳能电池板提供的功率高度依赖于工作环境. 这包括诸如光密度，时间和位置的因素. 因此，电池经常被用作能量存储单元. 当太阳能电池板有足够的电量时，就可以给电池充电了. 当太阳能电池板供电不足时，电池可以为系统供电.

市场上有许多太阳能电池板. 根据太阳能电池板中使用的不同材料，它们可以分为:

①硅太阳能电池；

②由无机化合物（如砷化镓III-V化合物，硫化镉，铜铟硒和其他多组分化合物）制成的太阳能电池；

③由功能聚合物材料（有机半导体）制成的大型太阳能电池；

④纳米晶体太阳能电池等. 我们使用硅太阳能电池.

2充电器的硬件设计

充电器如图1所示. 主要包括电源转换电路，采样电路，处理器基于51单片机的智能手机充电器，脉宽调制控制器和电池组等，构成一个闭环系统.

其中，单片机是电路的控制部分，PWM电路是整个电路的核心部分. 以下是该系统工作原理的几个部分的简要说明.

图1充电器电路模块图

2.1处理器

处理器采用51C单片机89C51. 单片机中有两个定时器，两个外部中断和一个串行端口中断，三个八路I / O端口以及一个12MHz的晶体振荡器. 单片机的任务是通过采样电路实时收集太阳能电池板的输出电压和电流以及电池的充电状态，确定如何找到电池板的最大输出功率并确定充电状态通过计算可充电电池的数量.

2.2采样部分

如果要在系统中检测电流，则必须先将电流信号转换为电压信号，然后才能实现A / D转换. 一种常见的转换方法是在电路中添加一个精密电阻，从而将电流信号转换为电压信号. 这种方法的优点是测量简单方便，但是当电流很小时，这种方法会影响测量的准确性，因此很难选择合适的电阻. 其次，获得的电流检测信号只能在经过放大比较器后才能进入电路，这增加了电路设计调试的复杂性. 因此，可以使用电流-电压转换芯片MAX472，克服了传统的电流测量方法的测量范围小，测量误差大的缺点，可以提高测量精度，并且可以一次准确地控制. 单片机.

串行A / D转换器TLC0834用于电压和电流采样. 8位分辨率很容易与微处理器接口，或者以满量程或4或8单独工作，该分辨率由具有5V参考电压的地址逻辑多路复用器选通. 输入通道为5V单电源，输入范围为0-5V.

2.3PWM控制电路

控制器使用脉冲宽度调制（PWM）来控制电源电流.

PWM发生器是由单片机通过控制电路输出的PWM波实现的，主控制器以中断方式与之通信以控制其增大或减小脉冲宽度. PWM信号通过光电隔离驱动主环路上的MOSFET.

开关管，二极管，LC电路构成开关电源. PWM控制的开关电源可以降低功耗并简化数字控制，但总线的纹波系数相对较大. PWM控制电路如图2所示.

图2 PWM控制电路

3种电池充电原理

如果在锂离子电池的充电或放电过程中发生过充电，过放电或过电流，将会损坏电池或缩短使用寿命. 图3显示了锂电池的充电曲线，分为三个阶段: 预充电状态，恒流充电和恒压充电阶段.

以800mAh电池为例，其终止充电电压为4.2V. 使用1 / 10C（约80mA）电池进行恒流预充电. 当电池端子电压达到低电压阈值V（最小值）时，以800mA（充电速率1C）恒定电流充电. 电池电压以大的斜率Boost开始，当电池电压接近4.2V时，变为4.2V恒压充电，电流逐渐降低，电压变化不大，当充电电流降至1 / 10C（约80mA）时）基于51单片机的智能手机充电器，则认为电量即将满，并且可以终止充电.

图3手机电池充电曲线

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